使用电子可调速度驱动器更换其他方法

多年来，人们使用了许多方法来改变从动轴的转速。从机械连杆到滑轮到可调速度驱动器，所有的方法都可以工作，但都有优缺点。本文将处理许多差异，并展示如何在没有机械问题的情况下电子可调速度控制将提供一个更可靠的解决方案。

ASD理论：
三相感应电动机的速度是基于线频的。在美国，这个频率是60Hz，即每秒60个周期。电机设计有一定数量的电机极。最常见的可能是四极电机。利用下面的公式，可以确定电机的同步速度。



因此，在美国运行的四极电机的同步加速器速度将达到1800转/分。然而，所有的电机确实表现出一些滑移在满负荷，因此更有可能的电机额定转速将接近1750-1780RPM。一个可调的速度驱动器是有用的改变实际频率电机看到。典型的ASD将输入线电压转换为直流电压。参见图1。

然后滤波该电压以取出交流纹波。然后使用晶体管，然后将DC电压“反转”返回AC。由于晶体管通过处理器控制，因此可以将任何特定电压和频率调节到电动机。以这种方式可以简单地通过调整电动机接收的频率来设置任何所需的速度。您可以听到诸如可变频率驱动，逆变器或可调速度控制等术语，并且所有意味着同样的事情。通过逆变器进一步进一步是矢量驱动器。矢量驱动器使用编码器反馈来确定实际速度。然后通过将产生电流从磁通电流分离，矢量驱动器可以将完全扭矩降至零RPM。ASD的整体扭矩曲线如图2所示。标准开环控制执行10：1的调节是标准的。添加编码器并使用矢量技术，翻天下可以超过1000：1。 Turn-ups are only limited to the mechanical limitations of the motor since the drive can create frequencies up to 1000Hz. Note from the diagram that the HP remains constant beyond base speed. No belt can provide the same flexibility. Even easier on the setup is that of infinite numbers of speed changes and most of all, no belts or springs to maintain, no friction losses and no more maintenance calls. HP ranges for ASDs have recently made it into the 2000HP+ range for low voltage controls (600V or less).

机械系统:
变螺距滑轮是一种改变负载速度的简单机械方法。几家不同的制造商提供了许多解决方案的关停或转向比率。在其最简单的形式，一个滑轮调整和另一个滑轮弹簧加载。然后通过调节皮带轮的比率来调节速度，弹簧皮带轮则以相反的方式自调节。更先进的皮带轮系统将机械地连接到，当一个皮带轮打开或关闭时，相反的皮带轮也会改变，这保证了操作，皮带不会滑动。见图3a和图3b。与任何机械齿轮的改变，无论是一个真正的变速箱或比上或比下滑轮系统两件事是反比，速度与扭矩。当负载变快时，转矩下降，反之，当负载变慢时，转矩上升。这可能在切削应用中很有用，因为钻头切削时需要高扭矩，但抛光/精加工时需要低扭矩高速。典型的比例通常是3:1，但也可能高达9:1。 HP limitations are usually around 50HP. Guards must be maintained to prevent contact with rotating equipment, thus these can be a safety hazard.

甚至需要一步一步，可以添加气动或液压系统来进行机械变化而无需手动调节。使用简单的PID控制器，这可以是自动的。

然而，任何时候使用这种设置都必须考虑的一件事是负载扭矩。任何时候驾驶员的旋转速度超过负载，负载上的可用扭矩就会增加。这可能会造成一个问题，当简单地试图改变速度，但保持相同的可用扭矩。另一个问题是皮带和弹簧的磨损。随着时间的推移，弹簧会失去效用，皮带会变得更松，开始滑动，从而导致它的损失。如果弹簧过紧，皮带就会产生更大的阻力，进一步的损失就会发生。因此，如果使用这种方法，必须预先进行大量的工程工作，以便进行选型和计划未来的维护。

当扭矩不需要仅更换速度时，ASD是完美的拟合。由于驱动器没有移动部件，因此没有机械磨损和撕裂来处理。如果操作需要任何比例需要速度变化，则驱动器可以在不需要更换滑轮和皮带的情况下处理它。

另一种改变除可变皮带轮方法之外的速度的方法是牵引驱动器的速度。在该方法中，两个转子以不同的角度啮合在一起以调节速度。请参见图4A和4B。

由于接触点的改变，负载速度也随之改变。它们最适合于持续加载应用程序。不允许装钉，因为打滑很容易发生，很快就会缩短运动部件的寿命。另一种类型的牵引驱动如图5所示。

安装在这些可杆轴上的驱动球按压在输入和输出锥体的面上。通过移动铅螺钉，球倾向于轴增加或减少总速度比。这些是一种有效的变速方法，但对冲击负荷无效。

在这种情况下可调节的速度控制可以容忍尖峰装载，并且可以减少从“冲击”中看到的瞬态。通过连续电流调节，控制将降低峰值电流以合理的水平。即使是那些像岩石破碎机一样最严重的冲击载荷的人也可以受益于这种控制。缺点当然，扭矩不能增加，可以通过可调速度控制完成，但除非电机中的机械原因，否则超阉割不是问题。

从减速转向跟随，使用机械。有些机械严格依赖一个带有多个齿轮的电机来提供整个机器的同步运动。见图4。由于零件磨损，这种传动装置通常会变得不同步，从而导致不良产品。用户必须通过更换传动装置来修理机器。做出调整也不容易。这两种解决方案的成本都很高。然后在web进程的情况下，调整松弛也是困难的。一个可调速度驱动器，在这种情况下，矢量版本将提供一个更简单的方法。参见图6。 Instead of using (1) 20Hp motor with mechanical links, (4) 5HP drives/motors are used instead.

使用线轴编码器(或编码器从另一个控制)，无限数量的电机可以连接到菊花链运行或并联配置。由于我们处理的是电子学而不再是机械环节，所以磨损就消除了。如果机器需要调整，它是一个简单的参数调整控制，而不是重建机器。如果松弛需要纠正，那么一个简单的输入改变可以删除松弛从网络。结合这种电子传动装置，精度可以保持到+/-1编码器计数，并可以操纵任何变速箱范围。如果工艺发生变化或使用不同的材料，这只是在控制中调整比例的问题。不需要机械上的改变。这是一种成本节约!

涡流离合器是调速控制的另一种方法。通过在电机上增加一个感应式离合器，负载速度可以改变。当负载从10%到100%时，涡流离合器可以提供最大转速0.5%的调节。(从空载到满载，调节通常为3%或更多)在涡流离合器的情况下，电机跨线启动，离合器失效(无电流流)。当马达达到它的速度时，它的控制器启动旋涡离合器。请参见图7。

涡流离合器由磁场、转速表和涡流控制模块组成。控制模块提供直流电流到离合器，这反过来导致负载旋转。转速表的反馈在PID设置中被反馈到控制模块。负载所需要的扭矩越大，需要提供给离合器的电流就越多，以防止打滑。在空载情况下，进入离合器和轴旋转的泄漏量最小，因此零速空载极难调节。在涡流离合器的情况下，没有额外的扭矩可以提供给负载。在最好的情况下，连接到离合器上的负载将达到电机转速的95%，或者在1780转/分驱动电机的情况下，负载将以1690转/分旋转。所以，负载永远不会达到全速。在调整速度和扭矩时，必须考虑到这一点。

可调速度控制改变电机的频率，因此它的速度与电机提供的频率成正比。唯一的例外是，电机本身就有“滑”。因此，当在60Hz时，四极电机可以在满载时以1780转/分运行，在空载时以1800转/分运行。然而，在这种情况下，你会得到全范围的电机和不同的涡流离合器，与ASD连接，超速是可能的。

结论：
有许多方法可以进行速度控制。大多数机械方法都很有效，也很容易理解。然而，在人工和更换成本方面，维护可能成为一个令人头痛的问题。由于机械设备的升级速度越来越快，机械解决方案通常需要全面更换。面对竞争对手，保持领先地位是必须的。在可调速度控制的情况下，改变速度或扭矩通常是一个参数变化的问题，这可以在飞行中完成。它们没有机械故障，每天增加更快的处理器和更多的内存，因此它们的“智能”增长得更多。当设置一台机器有速度控制时，一定要权衡机械和电子的选择。